高性能VGA芯片AD8337在信號采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2008/5/28 0:00:00 訪問次數(shù):1371

0 引言

　　ad8337是美國ad(analog devices inc)公司推出的一種高頻帶寬度、低功耗、采用直流耦合的可變增益放大器。該放大器的增益均可以分貝為單位線性變化，其頻率可達100 mhz；帶寬(-3 db)可達250 mhz。ad8337采用ad公司先進的專利電路技術(shù)和x-amp結(jié)構(gòu)，因而具有優(yōu)異的增益控制特性，其增益控制范圍為0～24 db，同時，增益控制接口還可提供20 db／v的精確線性控制率。

1 ad8337的主要特點

　　ad8337可廣泛應(yīng)用于工業(yè)和儀表領(lǐng)域，和同類競爭方案相比，其速度快50％，尺寸小30％。ad8337的vga能提供極好的直流(dc)和交流(ac)電性能。其優(yōu)秀的直流和高速特性使ad8337 vga特別適合于大范圍high-channel-count 工業(yè)和儀器應(yīng)用，譬如pet(positron emis-sion tomography)醫(yī)療影像、工業(yè)超音波、rf(射頻)測試儀器、和高性能agc(自動增益控制)系統(tǒng)。

　　ad8337的主要特點如下：

　　◇低噪聲：2.2nv／rthz；

　　◇低功耗：78 mw；

　　◇器件的頻帶寬度范圍可從低頻到250 mhz(-3 db)；

　　◇額定增益范圍：0～24 db (前置放大器增益為6db)；

　　◇增益控制率：20 db／v；

　　◇直流耦合；

　　◇單端輸入和輸出；

　　◇電源：+5 v，±2.5 v或±5 v；

　　◇工作溫度：-40℃～+85％；

　　◇3×3毫米8引腳lfcsp。

2 引腳說明

3 結(jié)構(gòu)原理

　　ad8337的原理電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。該芯片主要由前置放大器、衰減器、偏置單元、內(nèi)插器、增益控制接口和輸出放大器等部分組成。ad8337可以采用雙電源供電和單電源供電兩種形式，并可由偏置單元來完成。電源可為+5 v，±2.5 v或±5 v。

　　ad8337的輸入級是一個電流反饋前置放大器，可用來緩沖x-amp的階梯網(wǎng)絡(luò)。前置放大器的電壓放大倍數(shù)可以通過外部電阻來設(shè)置，其給定設(shè)置是采用r1=r2=100 ω構(gòu)成的同相放大器，放大倍數(shù)為2(即6 db)。設(shè)計時通過外部電阻的不同配置，前置放大器的放大倍數(shù)也可被設(shè)置為大于2的其它值。

　　緊跟前置放大器的是衰減器，該電阻網(wǎng)絡(luò)由每級衰減量為3.01 db的8級衰減網(wǎng)絡(luò)組成，總的衰減范圍是24.08 db，每級梯形網(wǎng)絡(luò)以固定的分貝數(shù)衰減輸人信號。衰減器后邊是固定增益輸出放大器(18.06 db)。由于前置放大器的放大倍數(shù)可以通過外部電阻進行設(shè)置，所以ad8337的增益可根據(jù)前置放大的不同便放大倍數(shù)發(fā)生一些變化，范圍為0～+24 db。

　　ad8337芯片的增益控制接口可以提供高阻抗輸入，并以引腳vcom作為參考。其增益控制電壓可在-0.6～+0.6 v范圍任意增減。且無增益重疊現(xiàn)象。增益控制率是20 db／v，其相對較低的值可以保證在gain輸入端的噪聲不會被過度地放大。

4 典型應(yīng)用

　　在高頻模擬數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域和實時顯示的控制領(lǐng)域中。經(jīng)常會出現(xiàn)一些干擾信號，這些干擾信號大都是高頻的、大小不定的毛刺。如何將這些干擾測試出來，就需要測試電路有較寬的帶寬和對輸入進行增益控制。ad8337正是一款通用型vga放大器，適合于用電壓對增益進行控制的應(yīng)用電路。

　　由于ad8337具有從任意低頻到250 mhz的工作帶寬，且電路增益與控制電壓vgain成正比；同時，vga又是一個標(biāo)準(zhǔn)的線性增益結(jié)構(gòu)的x-amp，具有很好的動態(tài)輸出范圍，所以，筆者在數(shù)字示波器信號采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計中，選取了ad8337來進行系統(tǒng)的前端信號增益調(diào)節(jié)。其工作過程是：首先由探頭采集信號，然后經(jīng)過必要的增益預(yù)處理，再由a／d轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號發(fā)送到at89c51中進行處理。

　　在at89c51單片機的控制下，探頭采集到的信號由ad8337進行增益調(diào)節(jié)，以將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟?shù)轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換的信號。ad8337接成雙電源供電的形式，8腳、6腳分別接正、負(fù)電源；增益控制端口7腳由at89c51的p15來控制；2腳接地；探頭采集到的模擬輸入信號input接ad8337的3腳；4、5腳則構(gòu)成前置放大器電流反饋，以緩沖x-amp的階梯網(wǎng)絡(luò)。其中：r1=r2=100 ω構(gòu)成的同相放大器的放大倍數(shù)為2(即6db)。ad8337的輸出端vout連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。

　　由ad8337的結(jié)構(gòu)原理可知，ad8337的可變衰減器的增益范圍是24 db，緊接著它的是18 db的固定增益放大器，再算上前置放大器的增益6db，得出總的ad8337增益范圍是0～+24 db。由于ad8337的增益控制率為20 db／v，所以，在vgain以伏特(v)為單位時，ad8337的增益運算公式如下：

g_ain(db)=20v_gainn+i_cpt

　　公式中：vgain由at89c51的p15引腳輸出決定(在-0.6～+0.6 v的范圍內(nèi)變動)；額定icpt為12.15db。如果前置放大器的增益增加，icpt將相應(yīng)地增加。如果前置放大器的增益增加6 db，則icpt將由6 db增加到18.